JPH0644034B2 - 磁束計およびそれに好適な超電導累積演算回路 - Google Patents
磁束計およびそれに好適な超電導累積演算回路Info
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- JPH0644034B2 JPH0644034B2 JP60241470A JP24147085A JPH0644034B2 JP H0644034 B2 JPH0644034 B2 JP H0644034B2 JP 60241470 A JP60241470 A JP 60241470A JP 24147085 A JP24147085 A JP 24147085A JP H0644034 B2 JPH0644034 B2 JP H0644034B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はジョセフソンデバイスを用いた磁束計およびそ
れに好適な超電導累積演算回路に関する。
れに好適な超電導累積演算回路に関する。
ジョセフソンデバイスを用いた磁束計は当技術分野では
公知であり、ＳＱＵＩＤ磁束計に代表される。従来のＳ
ＱＵＩＤ磁束計は外界からの熱雑音や信号の増幅に使う
前置増幅器の雑音によりＳＱＵＩＤが本来持つ感度を十
分に活用できなかった。このＳＱＵＩＤ磁束計の欠点を
補い、更に高感度の磁束計を実現するために、直流磁束
パラメトロン（DC Flux Parametron；以下ＤＣＦＰと呼
ぶ）回路を使う方法が提案されている（特願昭６０−１
２２５２６）。ＤＣＦＰ回路は磁束に鋭敏で、高い回路
利得を持っているため、磁束の比較回路として優れた特
性を持つ事ができる。この出願に記載されている回路例
では、磁束計は入力磁束と参照磁束と比較する磁束比較
回路と比較結果をもとに参照磁束を更新する帰還回路か
ら構成されている。この特許出願記載の技術ではＤＣＦ
Ｐ回路から構成された磁束比較は例えば液体ヘリウムの
様な極低温環境に、積分又はアップダウンカウンタから
構成される帰還回路は従来技術では極低温デバイスで構
成できなかったため室温環境で動作するトランジスタ類
で作られた。一般に極低温環境にあるデパイスと室温環
境にあるデバイスとを接続するためには長いケーブル線
を必要とするが、このケーブルによる時間遅れが大き
く、信号の伝送に長い時間がかった。このため上記特許
出願にかかる技術による、ＤＣＦＰ回路を使った磁束計
では測定周波数範囲を広げられないため高速の信号に追
従できない欠点があった。また、長い信号線に重畳する
誘導雑音や室温に置かれた帰還回路が原因とみられる熱
雑音が測定系に混入するため、測定精度や測定分解能を
上げられない欠点があった。
公知であり、ＳＱＵＩＤ磁束計に代表される。従来のＳ
ＱＵＩＤ磁束計は外界からの熱雑音や信号の増幅に使う
前置増幅器の雑音によりＳＱＵＩＤが本来持つ感度を十
分に活用できなかった。このＳＱＵＩＤ磁束計の欠点を
補い、更に高感度の磁束計を実現するために、直流磁束
パラメトロン（DC Flux Parametron；以下ＤＣＦＰと呼
ぶ）回路を使う方法が提案されている（特願昭６０−１
２２５２６）。ＤＣＦＰ回路は磁束に鋭敏で、高い回路
利得を持っているため、磁束の比較回路として優れた特
性を持つ事ができる。この出願に記載されている回路例
では、磁束計は入力磁束と参照磁束と比較する磁束比較
回路と比較結果をもとに参照磁束を更新する帰還回路か
ら構成されている。この特許出願記載の技術ではＤＣＦ
Ｐ回路から構成された磁束比較は例えば液体ヘリウムの
様な極低温環境に、積分又はアップダウンカウンタから
構成される帰還回路は従来技術では極低温デバイスで構
成できなかったため室温環境で動作するトランジスタ類
で作られた。一般に極低温環境にあるデパイスと室温環
境にあるデバイスとを接続するためには長いケーブル線
を必要とするが、このケーブルによる時間遅れが大き
く、信号の伝送に長い時間がかった。このため上記特許
出願にかかる技術による、ＤＣＦＰ回路を使った磁束計
では測定周波数範囲を広げられないため高速の信号に追
従できない欠点があった。また、長い信号線に重畳する
誘導雑音や室温に置かれた帰還回路が原因とみられる熱
雑音が測定系に混入するため、測定精度や測定分解能を
上げられない欠点があった。
本発明の目的は測定周波数範囲が広く、高速の信号に追
従できる高感度、高分解能の磁束計およびそれに好適な
超伝導累積を提供することにある。
従できる高感度、高分解能の磁束計およびそれに好適な
超伝導累積を提供することにある。
この目的を達成するために本発明では、帰還回路をジョ
セフソンデバイスで構成し超電導ループに循環電流をた
める方式の累積演算回路を採用した。この構成では磁束
比較回路と帰還回路の何れもが極低温環境中にあるため
上記特許出願に記載されている技術の欠点を一掃し、高
速、高感度の磁束計を実現できる。
セフソンデバイスで構成し超電導ループに循環電流をた
める方式の累積演算回路を採用した。この構成では磁束
比較回路と帰還回路の何れもが極低温環境中にあるため
上記特許出願に記載されている技術の欠点を一掃し、高
速、高感度の磁束計を実現できる。
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。第２図
は本発明で使う量子干渉素子の例である。第２ａ図にそ
の等価回路を、第２ｂ図にそのシンボルを示す。この量
子干渉素子は２接合磁束結合量子干渉素子と呼ばれる回
路で、２個のジョセフソン接合１０、１１と２個のイン
ダクタ１２、１３からなる超電導ループ１５から構成さ
れている。この超電導ループの近傍には制御線４が配置
され、該制御線４に流れる制御電流により発生する磁束
は該超電導ループに鎖交し、該超電導ループ１５に流れ
る最大超電導電流を制御する。該超電導ループ１５には
負荷抵抗１４が接続される。一般に該負荷抵抗１４の抵
抗値を選択すれば、この量子干渉素子の動作モード、す
なわち該量子干渉素子の両端に発生する電圧値、電圧波
形等を変える事が出来る。
は本発明で使う量子干渉素子の例である。第２ａ図にそ
の等価回路を、第２ｂ図にそのシンボルを示す。この量
子干渉素子は２接合磁束結合量子干渉素子と呼ばれる回
路で、２個のジョセフソン接合１０、１１と２個のイン
ダクタ１２、１３からなる超電導ループ１５から構成さ
れている。この超電導ループの近傍には制御線４が配置
され、該制御線４に流れる制御電流により発生する磁束
は該超電導ループに鎖交し、該超電導ループ１５に流れ
る最大超電導電流を制御する。該超電導ループ１５には
負荷抵抗１４が接続される。一般に該負荷抵抗１４の抵
抗値を選択すれば、この量子干渉素子の動作モード、す
なわち該量子干渉素子の両端に発生する電圧値、電圧波
形等を変える事が出来る。
第３図は本発明で使う累積演算回路の原理構成図であ
る。この累積演算回路は該量子干渉素子１の両端に配線
５を介してインダクタ２を接続した超電導ループ７に直
流電流源３よりバイアス電流Ｉｇを供給した構成であ
る。次に、第３図に示す累積演算回路の動作を説明す
る。例えばインダクタンス２のインダクタンス値Ｌが大
きければ、累積演算回路の電源を投入した時点ではバイ
アス電流Ｉｇはほとんど該量子干渉素子１に流れ、該イ
ンダクタンス２には流れない。この状態で該量子干渉素
子１の制御線４に制御電流を流すと該量子干渉素子１は
電圧状態に遷移し、該インダクタ２の両端には電圧ＶL
が発生する。このためインダクタ２には該量子干渉素子
１を循環経路とする循環電流Ｉｃが流れるが、この循環
電流Ｉｃは（１）式で表わされる。
る。この累積演算回路は該量子干渉素子１の両端に配線
５を介してインダクタ２を接続した超電導ループ７に直
流電流源３よりバイアス電流Ｉｇを供給した構成であ
る。次に、第３図に示す累積演算回路の動作を説明す
る。例えばインダクタンス２のインダクタンス値Ｌが大
きければ、累積演算回路の電源を投入した時点ではバイ
アス電流Ｉｇはほとんど該量子干渉素子１に流れ、該イ
ンダクタンス２には流れない。この状態で該量子干渉素
子１の制御線４に制御電流を流すと該量子干渉素子１は
電圧状態に遷移し、該インダクタ２の両端には電圧ＶL
が発生する。このためインダクタ２には該量子干渉素子
１を循環経路とする循環電流Ｉｃが流れるが、この循環
電流Ｉｃは（１）式で表わされる。
（１）からわかる様に、循環電流Ｉｃは該インダクタ２
の両端に発生する電圧の積分値すなわち累積値になって
いる。したがって制御信号線４に複数個のパルス信号が
印加された場合には、循環電流Ｉｃは入力された信号パ
ルスの数に比例していることになり、第３図に示す回路
は制御線４に印加されるパルスの計数値すなわち累積値
を示すことになる。第３図に示す回路構成では、該イン
ダクタ２と該量子干渉素子１は超電導配線で接続されて
おり、一つのループを構成しているため、該インダクタ
２の両端の電圧は該量子干渉素子１の電圧に他ならな
い。該量子干渉素子１にはインダクタ２が負荷として接
続されているため、該量子干渉素子１は一時的に電圧状
態に遷移しても定常状態では超電導状態にもどることは
明らか。しかし該量子干渉素子１が電圧状態にある時に
発生する電圧値、電圧波形は先にのべた負荷抵抗１４の
抵抗値による量子干渉素子の動作モードにより変化す
る。負荷抵抗１４の値が大きい場合は発生する電圧は大
きく、電圧状態の持続時間は長い。一方負荷抵抗１４の
抵抗値が小さいと発生する電圧値は小さく、電圧状態の
持続時間は短い。このため高速のパルスに応答させるた
めには負荷抵抗１４の抵抗値を小さく選んだ方が有利で
ある。また測定電流の分解能を上げるためには負荷抵抗
１４の抵抗１４の抵抗値を小さく選んだ方が有利である
ことも明らかである。しかし負荷抵抗１４の抵抗値を小
さく選んだ場合、１回の累積演算で得られる変化量は少
なく、累積値を大幅に変化させるには多くの時間を要す
る。この欠点を補うためには第４ａ図に示す累積加算回
路の変形回路を採用すればよい。第４ａ図に示す累積演
算回路では超電導ループ回路７に２個の量子干渉素子
１、１′を挿入した構成である。この構成で例えば、第
１の量子干渉素子１の負荷抵抗１４の抵抗値を大きく、
第２の量子干渉素子１′の負荷抵抗１４の抵抗値を小さ
くする。この構成では第１の量子干渉素子１の制御線４
に印加されるパルス信号により累積される循環電流Ｉｃ
の値は小さく、第２の量子干渉素子１′に印加されるパ
ルス信号により累積される循環電流Ｉｃの値は大きい。
従って、第４ａ図に示す回路構成で２個の量子干渉素子
１、１′を使い分けて入力パルス印加すれば、循環電流
の累積を最適な時間内に行う事が出来る。第４ａ図の例
は２個の量子干渉素子を使った場合であるが、他に２個
以上の量子干渉回路を用いて同様の動作を行う回路を構
成することも出来る。第４ｂ図は累積演算回路の他の変
形例で、加算と減算ができる累積演算回路の例である。
第４ｂ図の回路では第１の直流電流源３ａからバイアス
電流Ｉａを供給された第１の量子干渉素子１ａと第２の
直流電流源３ｂからバイアス電流Ｉｂを供給された第２
の量子干渉素子１ｂとインダクタ２で超電導ループ７を
構成している。この回路構成で第１の量子干渉素子１ａ
と第２の量子干渉素子１ｂの発生する電圧の向きは該超
電導ループ７内で逆向きになる様に第１、第２の直流電
流源３ａ、３ｂの電流の方向を決める。従って第４ｂ図
に示す回路構成では、例えば第１の量子干渉素子１ａの
制御線４ａに入力されるパルス信号の数を加算し、第２
の量子干渉素子１ｂの制御線４ｂに入力されるパルス信
号の数を減算する累積演算回路を構成できる。
の両端に発生する電圧の積分値すなわち累積値になって
いる。したがって制御信号線４に複数個のパルス信号が
印加された場合には、循環電流Ｉｃは入力された信号パ
ルスの数に比例していることになり、第３図に示す回路
は制御線４に印加されるパルスの計数値すなわち累積値
を示すことになる。第３図に示す回路構成では、該イン
ダクタ２と該量子干渉素子１は超電導配線で接続されて
おり、一つのループを構成しているため、該インダクタ
２の両端の電圧は該量子干渉素子１の電圧に他ならな
い。該量子干渉素子１にはインダクタ２が負荷として接
続されているため、該量子干渉素子１は一時的に電圧状
態に遷移しても定常状態では超電導状態にもどることは
明らか。しかし該量子干渉素子１が電圧状態にある時に
発生する電圧値、電圧波形は先にのべた負荷抵抗１４の
抵抗値による量子干渉素子の動作モードにより変化す
る。負荷抵抗１４の値が大きい場合は発生する電圧は大
きく、電圧状態の持続時間は長い。一方負荷抵抗１４の
抵抗値が小さいと発生する電圧値は小さく、電圧状態の
持続時間は短い。このため高速のパルスに応答させるた
めには負荷抵抗１４の抵抗値を小さく選んだ方が有利で
ある。また測定電流の分解能を上げるためには負荷抵抗
１４の抵抗１４の抵抗値を小さく選んだ方が有利である
ことも明らかである。しかし負荷抵抗１４の抵抗値を小
さく選んだ場合、１回の累積演算で得られる変化量は少
なく、累積値を大幅に変化させるには多くの時間を要す
る。この欠点を補うためには第４ａ図に示す累積加算回
路の変形回路を採用すればよい。第４ａ図に示す累積演
算回路では超電導ループ回路７に２個の量子干渉素子
１、１′を挿入した構成である。この構成で例えば、第
１の量子干渉素子１の負荷抵抗１４の抵抗値を大きく、
第２の量子干渉素子１′の負荷抵抗１４の抵抗値を小さ
くする。この構成では第１の量子干渉素子１の制御線４
に印加されるパルス信号により累積される循環電流Ｉｃ
の値は小さく、第２の量子干渉素子１′に印加されるパ
ルス信号により累積される循環電流Ｉｃの値は大きい。
従って、第４ａ図に示す回路構成で２個の量子干渉素子
１、１′を使い分けて入力パルス印加すれば、循環電流
の累積を最適な時間内に行う事が出来る。第４ａ図の例
は２個の量子干渉素子を使った場合であるが、他に２個
以上の量子干渉回路を用いて同様の動作を行う回路を構
成することも出来る。第４ｂ図は累積演算回路の他の変
形例で、加算と減算ができる累積演算回路の例である。
第４ｂ図の回路では第１の直流電流源３ａからバイアス
電流Ｉａを供給された第１の量子干渉素子１ａと第２の
直流電流源３ｂからバイアス電流Ｉｂを供給された第２
の量子干渉素子１ｂとインダクタ２で超電導ループ７を
構成している。この回路構成で第１の量子干渉素子１ａ
と第２の量子干渉素子１ｂの発生する電圧の向きは該超
電導ループ７内で逆向きになる様に第１、第２の直流電
流源３ａ、３ｂの電流の方向を決める。従って第４ｂ図
に示す回路構成では、例えば第１の量子干渉素子１ａの
制御線４ａに入力されるパルス信号の数を加算し、第２
の量子干渉素子１ｂの制御線４ｂに入力されるパルス信
号の数を減算する累積演算回路を構成できる。
第４ｃ図はＤＣＦＰ回路の負荷線１０７に流れる電流の
向きを感知し、負荷電流ＩLを累積演算する回路であ
る。この回路では累積演算回路６００の動作を円滑に行
なうため第１、第２の量子干渉素子１ａ，１ｂには第２
の制御線４ａ′，４ｂ′、配線４０１、直流電流源４０
０を介してオフセット電流Ｉｂが印加される。次にＤＣ
ＦＰ回路５００の電流検出法と累積演算回路の動作につ
いて詳しく説明する。第５図（ａ），（ｂ）は２個の量
子干渉素子１ａ，１ｂの動作点を示した図で、（ａ）は
第１の量子干渉素子１ａを、（ｂ）は第２の量子干渉素
子１ｂを表わしている。各々の図は磁束結合形量子干渉
素子のしきい値特性と呼ばれる特性図で、量子干渉素子
の超電導状態と電圧状態を区別する図である。本発明の
実施例では、量子干渉素子の２個のジョセフソン接合１
０、１１の最大超電導電流値、２個のインダクタンス１
２、１３のインダクタンス値を最適に選んである。例え
ば、第１図に示す本発明の実施例では、第１の量子干渉
素子のしきい値特性は制御電流に対し右上がりの、また
第２の量子干渉素子のしきい値特性のしきい値特性は制
御電流に対し左上がりの特性になる様に該ジョセフソン
接合、該インダクタの特性を選んである。量子干渉素子
１ａ，１ｂにはバイアス電流Ｉｇａ，Ｉｇｂが直流電流
源３ａ，３ｂより供給されている。第５図は、ＤＣＦＰ
回路が励振されず、その出力電流ＩLが零の場合は２個
の量子干渉素子１ａ，１ｂの動作点は各々Ａａ，Ａｂに
あり、いずれも超電導状態にある。このためこの時点で
は累積演算は実行されない、次にＤＣＦＰ回路が励振さ
れ、例えば正の向の出力電流ＩLが流れれば各々の量子
干渉素子の動作点はＢａ，Ｂｂで表わされ、第１の量子
干渉素子１ａは電圧状態に遷移し、第２の量子干渉素子
は超電導状態にある。このため第４ａ図で説明したごと
く、累積演算回路は加算演算を実行する。同様にＤＣＦ
Ｐ回路５００の出力電流の向きが負の場合は動作点は各
々Ｃａ，Ｃｂになり、累積演算回路６００は減算演算を
行う。
向きを感知し、負荷電流ＩLを累積演算する回路であ
る。この回路では累積演算回路６００の動作を円滑に行
なうため第１、第２の量子干渉素子１ａ，１ｂには第２
の制御線４ａ′，４ｂ′、配線４０１、直流電流源４０
０を介してオフセット電流Ｉｂが印加される。次にＤＣ
ＦＰ回路５００の電流検出法と累積演算回路の動作につ
いて詳しく説明する。第５図（ａ），（ｂ）は２個の量
子干渉素子１ａ，１ｂの動作点を示した図で、（ａ）は
第１の量子干渉素子１ａを、（ｂ）は第２の量子干渉素
子１ｂを表わしている。各々の図は磁束結合形量子干渉
素子のしきい値特性と呼ばれる特性図で、量子干渉素子
の超電導状態と電圧状態を区別する図である。本発明の
実施例では、量子干渉素子の２個のジョセフソン接合１
０、１１の最大超電導電流値、２個のインダクタンス１
２、１３のインダクタンス値を最適に選んである。例え
ば、第１図に示す本発明の実施例では、第１の量子干渉
素子のしきい値特性は制御電流に対し右上がりの、また
第２の量子干渉素子のしきい値特性のしきい値特性は制
御電流に対し左上がりの特性になる様に該ジョセフソン
接合、該インダクタの特性を選んである。量子干渉素子
１ａ，１ｂにはバイアス電流Ｉｇａ，Ｉｇｂが直流電流
源３ａ，３ｂより供給されている。第５図は、ＤＣＦＰ
回路が励振されず、その出力電流ＩLが零の場合は２個
の量子干渉素子１ａ，１ｂの動作点は各々Ａａ，Ａｂに
あり、いずれも超電導状態にある。このためこの時点で
は累積演算は実行されない、次にＤＣＦＰ回路が励振さ
れ、例えば正の向の出力電流ＩLが流れれば各々の量子
干渉素子の動作点はＢａ，Ｂｂで表わされ、第１の量子
干渉素子１ａは電圧状態に遷移し、第２の量子干渉素子
は超電導状態にある。このため第４ａ図で説明したごと
く、累積演算回路は加算演算を実行する。同様にＤＣＦ
Ｐ回路５００の出力電流の向きが負の場合は動作点は各
々Ｃａ，Ｃｂになり、累積演算回路６００は減算演算を
行う。
第１図は本発明による磁束計の実施例である。第１図に
示す磁束計は磁束を感知するピックアップコイル２００
とジョセフソン接合１００、１０１、励振インダクタ１
０３、１０４からなる超電導ループに負荷線１０７を接
続したＤＣＦＰ回路５００と、第１、第２の直流電流源
３ａ，３ｂ、第１、第２の量子干渉素子１ａ，１ｂ、イ
ンダクタ２からなる累積演算回路６００から構成されて
いる。ピックアップコイル２００で感知した磁束信号は
トランス２０２の巻線２０１と巻線１０８の磁束結合を
介してＤＣＦＰ回路５００に入力される、ＤＣＦＰ回路
５００は励振１０５を介して周期的に交流電流１０６か
ら供給される励振電流Ｉｅｘで励振される。ＤＣＦＰ回
路５００の出力電流ＩLは入力信号の向きに拡存して、
該ＤＣＦＰ回路５００から接地に向けて流れる場合（正
の向き）と接地から該ＤＣＦＰ回路５００の超電導ルー
プに向けて流れる場合（負の向き）とがある。ＤＣＦＰ
回路５００の出力電流ＩLは負荷線１０７に流れるが、
この負荷線１０７は該第１、第２の量子干渉素子１ａ，
１ｂの制御線４ａ，４ｂに接続されており、ＤＣＦＰ回
路５００の電流はこれらの量子干渉素子１ａ，１ｂで検
知される。すなわち量子干渉素子１ａ，１ｂの制御線４
ａ，４ｂに流れる制御電流はＤＣＦＰ回路５００の出力
電流ＩL他ならない。累積演算回路６００はＤＣＦＰ回
路５００の正または負のパルス数を累積し、インダクタ
２に流れる循環電流Ｉｃとして情報を蓄える。この実施
例ではインダクタ２はトランス２０２の巻線であり、し
たがってトランス２０２の巻線１０８を介して該循環電
流Ｉｃの発生する磁束を該ＤＣＦＰ回路５００は帰還す
る構成である。ここで循環電流Ｉｃによる磁束が負に帰
還される様に、インダクタ２の電流の向きを選んであ
る。以上説明したごとく第１図に示す磁束計ＤＣＦＰ回
路５００の出力電流の方向に対応して累積演算回路６０
０が加減算動作を行ってその結果を循環電流として蓄
え、該循環電流の発生する磁束がピックアップコイル２
００の感知した磁束と一致した時点で平衡に達する帰還
運動を行う。これらピックアップコイル２００、ＤＣＦ
Ｐ回路５００、累積演算回路６００および帰還回路系は
全て液体ヘリウム中の様な極低温環境下に置かれてい
る。累積演算回路６００の第１、第２の量子干渉素子１
ａ，１ｂの出力電圧は室温中のアップダウンカウンタ３
００に接続され、該累積演算回路６００の累積値をモニ
タする。すなわちこのアップダウンカウンタ３００は量
子干渉素子１ａの出力パルス数を加算し、量子干渉素子
１ｂの出力パルス数を減算する動作を行い、このアップ
ダウンカウンタ３００の出力値は該循環電流Ｉｃに比例
する値となる。このアップダウンカウンタ３００の出力
値がピックアップコイル２００で感知した磁束に比例し
ている。
示す磁束計は磁束を感知するピックアップコイル２００
とジョセフソン接合１００、１０１、励振インダクタ１
０３、１０４からなる超電導ループに負荷線１０７を接
続したＤＣＦＰ回路５００と、第１、第２の直流電流源
３ａ，３ｂ、第１、第２の量子干渉素子１ａ，１ｂ、イ
ンダクタ２からなる累積演算回路６００から構成されて
いる。ピックアップコイル２００で感知した磁束信号は
トランス２０２の巻線２０１と巻線１０８の磁束結合を
介してＤＣＦＰ回路５００に入力される、ＤＣＦＰ回路
５００は励振１０５を介して周期的に交流電流１０６か
ら供給される励振電流Ｉｅｘで励振される。ＤＣＦＰ回
路５００の出力電流ＩLは入力信号の向きに拡存して、
該ＤＣＦＰ回路５００から接地に向けて流れる場合（正
の向き）と接地から該ＤＣＦＰ回路５００の超電導ルー
プに向けて流れる場合（負の向き）とがある。ＤＣＦＰ
回路５００の出力電流ＩLは負荷線１０７に流れるが、
この負荷線１０７は該第１、第２の量子干渉素子１ａ，
１ｂの制御線４ａ，４ｂに接続されており、ＤＣＦＰ回
路５００の電流はこれらの量子干渉素子１ａ，１ｂで検
知される。すなわち量子干渉素子１ａ，１ｂの制御線４
ａ，４ｂに流れる制御電流はＤＣＦＰ回路５００の出力
電流ＩL他ならない。累積演算回路６００はＤＣＦＰ回
路５００の正または負のパルス数を累積し、インダクタ
２に流れる循環電流Ｉｃとして情報を蓄える。この実施
例ではインダクタ２はトランス２０２の巻線であり、し
たがってトランス２０２の巻線１０８を介して該循環電
流Ｉｃの発生する磁束を該ＤＣＦＰ回路５００は帰還す
る構成である。ここで循環電流Ｉｃによる磁束が負に帰
還される様に、インダクタ２の電流の向きを選んであ
る。以上説明したごとく第１図に示す磁束計ＤＣＦＰ回
路５００の出力電流の方向に対応して累積演算回路６０
０が加減算動作を行ってその結果を循環電流として蓄
え、該循環電流の発生する磁束がピックアップコイル２
００の感知した磁束と一致した時点で平衡に達する帰還
運動を行う。これらピックアップコイル２００、ＤＣＦ
Ｐ回路５００、累積演算回路６００および帰還回路系は
全て液体ヘリウム中の様な極低温環境下に置かれてい
る。累積演算回路６００の第１、第２の量子干渉素子１
ａ，１ｂの出力電圧は室温中のアップダウンカウンタ３
００に接続され、該累積演算回路６００の累積値をモニ
タする。すなわちこのアップダウンカウンタ３００は量
子干渉素子１ａの出力パルス数を加算し、量子干渉素子
１ｂの出力パルス数を減算する動作を行い、このアップ
ダウンカウンタ３００の出力値は該循環電流Ｉｃに比例
する値となる。このアップダウンカウンタ３００の出力
値がピックアップコイル２００で感知した磁束に比例し
ている。
以上説明したごとく、本発明によればピックアップコイ
ル２００、ＤＣＦＰ回路５００、累積演算回路６００お
よび帰還回路系の磁束計の主要な部分をすべて極低温環
境に置く事ができるため、理想的な低雑音環境で作動す
る磁束計を実現できる。このため高感度、高分解能の磁
束計を実現するために役立つ。また本発明に採用したＤ
ＣＦＰ回路、量子干渉素子はと高速スイッチング素子回
路であるため高速の回路動作が可能であり、また帰還回
路系がコンパクトに集積化出来るので、測定周波数範囲
の広い、高速信号に追従出来る磁束計が実現するのに役
立つ。
ル２００、ＤＣＦＰ回路５００、累積演算回路６００お
よび帰還回路系の磁束計の主要な部分をすべて極低温環
境に置く事ができるため、理想的な低雑音環境で作動す
る磁束計を実現できる。このため高感度、高分解能の磁
束計を実現するために役立つ。また本発明に採用したＤ
ＣＦＰ回路、量子干渉素子はと高速スイッチング素子回
路であるため高速の回路動作が可能であり、また帰還回
路系がコンパクトに集積化出来るので、測定周波数範囲
の広い、高速信号に追従出来る磁束計が実現するのに役
立つ。
本発明の実施例を説明する際に、累積演算回路の量子干
渉素子に２接合磁束結合量子干渉素子を使ったが、他に
３接合以上の磁束結合量子干渉素子を使える事は明ら
か。また実施例で、累積演算回路の循環電流をトランス
２０２を介して帰還したが、他にピックアップコイル２
００を介して帰還することも、ＤＣＦＰ回路に直接帰還
できることも明らかである。
渉素子に２接合磁束結合量子干渉素子を使ったが、他に
３接合以上の磁束結合量子干渉素子を使える事は明ら
か。また実施例で、累積演算回路の循環電流をトランス
２０２を介して帰還したが、他にピックアップコイル２
００を介して帰還することも、ＤＣＦＰ回路に直接帰還
できることも明らかである。
本発明によれば、高感度、高分解能で測定周波数範囲の
広い磁束計を実現できる。このため従来の磁束計では測
定出来なかった高速、微弱磁束の計測、例えば人体の脳
磁計測等ができる様になり、本発明の効果は極めて大き
い。また、本発明による累積演算回路によれば、簡単に
超電導電流の累積を求めることができる。
広い磁束計を実現できる。このため従来の磁束計では測
定出来なかった高速、微弱磁束の計測、例えば人体の脳
磁計測等ができる様になり、本発明の効果は極めて大き
い。また、本発明による累積演算回路によれば、簡単に
超電導電流の累積を求めることができる。
第１図は本発明による磁束計の実施例、第２図は本発明
で使う累積演算回路に使う２接合磁束結合量子干渉素
子、第３図は累積演算回路の原理構成図、第４図は累積
演算回路の変形回路例、第５図は本発明の実施例で使っ
た累積演算回路の動作を説明する図である。 １……量子干渉素子、２……インダクタ、３……直流電
流源、４……制御線、５……配線、７……超電導ルー
プ、１０、１１……ジョセフソン接合、１２、１３……
インダクタ、１４……負荷抵抗、１５……超電導ルー
プ、１００、１０１……ジョセフソン接合、１０３、１
０４……励振インダクタ、１０５……励振線、１０６…
…交流電流原源、１０７……負荷線、１０８、２０１…
…巻線、２００……ピックアップコイル、２０２……ト
ランス、３００……アップダウンカウンタ、４００……
直流電流源、４０１……配線、５００……ＤＣＦＰ回
路、６００……累積演算回路。
で使う累積演算回路に使う２接合磁束結合量子干渉素
子、第３図は累積演算回路の原理構成図、第４図は累積
演算回路の変形回路例、第５図は本発明の実施例で使っ
た累積演算回路の動作を説明する図である。 １……量子干渉素子、２……インダクタ、３……直流電
流源、４……制御線、５……配線、７……超電導ルー
プ、１０、１１……ジョセフソン接合、１２、１３……
インダクタ、１４……負荷抵抗、１５……超電導ルー
プ、１００、１０１……ジョセフソン接合、１０３、１
０４……励振インダクタ、１０５……励振線、１０６…
…交流電流原源、１０７……負荷線、１０８、２０１…
…巻線、２００……ピックアップコイル、２０２……ト
ランス、３００……アップダウンカウンタ、４００……
直流電流源、４０１……配線、５００……ＤＣＦＰ回
路、６００……累積演算回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 信雄 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−124118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−254912（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】入力磁束に比例する電流と参照電流との差
電流を発生する第１の手段と、上記差電流の大きさに応
答して、数がそれぞれ変化する正および負のパルスを出
力する直流磁束パラメトロン回路と、上記正および負の
パルスに応答し、上記正および負のパルスのそれぞれの
累積の差に比例した電流を上記参照電流として出力する
第２の手段とを有する磁束計において、上記第２の手段
は上記正又は負のパルスに応答して、上記累積差に比例
した超電導循環電流を上記参照電流として上記第１の手
段に供給する手段を有することを特徴とする磁束計。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の磁束計にお
いて、上記第２の手段は、磁束結合量子干渉素子とイン
ダクタからなる、上記循環電流を流す超電導ループを有
し、上記直流磁束パラメトロン回路の出力電流が上記磁
束結合量子干渉素子の制御電流となっていることを特徴
とする磁束計。 - 【請求項３】少なくとも１個の量子干渉素子とインダク
タからなる超電導ループと、上記超電導ループの上記量
子干渉素子および上記インダクタに並列に接続された直
流電流供給手段と、上記量子干渉素子にパルス信号を印
加するための手段とを有し、上記パルス信号の印加に応
じて、上記直流電流の一部を上記超電導ループに累積し
ていくことを特徴とする超電導累積演算回路。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載の超電導累積
演算回路において、上記超電導ループには第１、第２の
ジョセフソン素子が含まれ、上記第１、第２のジョセフ
ソン素子の接続点が接続され、上記超電導ループのイン
ダクタの両端には上記第１、第２の直流電源から極性が
反対の直流電流が供給され、上記第１、第２のジョセフ
ソン素子が電圧状態になるごとくに極性の反対の電流を
超電導ループに累積して行く超電導累積演算回路。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60241470A JPH0644034B2 (ja) | 1985-10-30 | 1985-10-30 | 磁束計およびそれに好適な超電導累積演算回路 |
| CA000510927A CA1268815A (en) | 1985-06-07 | 1986-06-05 | Superconducting current detecting circuit employing dc flux parametron circuit |
| DE3650062T DE3650062T2 (de) | 1985-06-07 | 1986-06-05 | Supraleitende Stromfühlerschaltung. |
| EP86107693A EP0205120B1 (en) | 1985-06-07 | 1986-06-05 | Superconducting current detecting circuit employing DC flux parametron circuit |
| US07/291,338 US4866373A (en) | 1985-06-07 | 1988-12-28 | Superconducting current detecting circuit employing DC flux parametron circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60241470A JPH0644034B2 (ja) | 1985-10-30 | 1985-10-30 | 磁束計およびそれに好適な超電導累積演算回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62102176A JPS62102176A (ja) | 1987-05-12 |
| JPH0644034B2 true JPH0644034B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=17074789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60241470A Expired - Lifetime JPH0644034B2 (ja) | 1985-06-07 | 1985-10-30 | 磁束計およびそれに好適な超電導累積演算回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644034B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0785104B2 (ja) * | 1987-05-22 | 1995-09-13 | 富士通株式会社 | 超伝導量子干渉素子 |
| JPH0640124B2 (ja) * | 1987-07-16 | 1994-05-25 | 富士通株式会社 | ディジタル・スクィド |
| US4947118A (en) * | 1988-11-21 | 1990-08-07 | Fujitsu Limited | Digital squid system adaptive for integrated circuit construction and having high accuracy |
-
1985
- 1985-10-30 JP JP60241470A patent/JPH0644034B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62102176A (ja) | 1987-05-12 |
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